Exercice II D'une odeur âcre à une odeur fruitée (9 points)

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EXERCICE II - D'UNE ODEUR ÂCRE À UNE ODEUR FRUITÉE (9 points)

1. Réaction de synthèse du méthanoate de butyle et son mécanisme

1.1. L'acide formique a pour formule HCOOH, il est contient un seul atome
de carbone, c'est l'acide méthanoïque.

Groupe hydroxyle de la fonction alcool
1.2.

+ [pic] + H2O


Groupe carboxyle Groupe ester
Fonction acide carboxylique Fonction ester

1.3. Au cours de l'étape (a) un doublet non-liant de l'atome d'oxygène
(site donneur) va permettre de former une liaison avec le proton H+ (site
accepteur). L'atome d'oxygène va se trouver ainsi porteur d'une charge
positive.

1.4. Étape (c)

Il s'agit de la formation d'une liaison.



Étape (e)

Il s'agit de la rupture d'une liaison.




1.5. Le numéro atomique du carbone est Z(C) = 6.
Sa structure électronique est (K)2 (L)4, l'atome C possède 4 électrons
célibataires sur sa couche électronique externe. Or sur la formule semi-
développée présentée dans l'étape (e), on ne voit que 3 liaisons covalentes
simples (= 3 e-) autour du C : il a perdu un électron.

Le numéro atomique de l'oxygène est Z(O) = 8.
Sa structure électronique est (K)2 (L)6, l'atome O possède 2 électrons
célibataires et 2 doublets non liants sur sa couche électronique externe.
La formule semi-développée montre 3 liaisons covalentes simples (= 3 e-) et
un doublet non liant (= 2 e-), donc O est entouré de seulement 5 électrons,
il en a perdu un.

2. Optimisation du protocole de synthèse
2.1. Le mélange introduit est st?chiométrique si on a introduit les mêmes
quantités de matière de chacun des réactifs (les coefficients
st?chiométriques étant égaux à 1).
Quantité d'acide formique introduite initialement : n1 = [pic] = [pic]
Or d1 = [pic] alors (1 = d1.(eau donc n1 = [pic]
n1 = [pic] = 0,20 mol
Quantité de butan-1-ol introduite initialement : n2 = [pic] = [pic]
n2 = [pic] = 0,20 mol
Le mélange est bien st?chiométrique.

2.2. Le protocole indique un bain-marie à une température de 50°C, en
présence d'acide sulfurique concentré (catalyseur). On a donc un mélange
st?chiométrique, avec catalyseur et un chauffage de 50°C, soit la courbe
(c).

2.3. Le rendement de la synthèse est ( = [pic]
Le mélange est st?chiométrique donc on obtiendra, au maximum, n1 = n2 = n
mol d'ester.
D'après la courbe (c), la quantité d'ester obtenue est de 0,13 mol.
( = [pic] = 0,65 = 65%

2.4. Trois facteurs influencent la synthèse de l'ester :
- la température : si on compare les courbes (c) et (b), le même état final
d'équilibre est atteint plus rapidement en chauffant (50°C).
- la présence du catalyseur : on compare les courbes (a) et (c) : le même
état final d'équilibre est atteint plus rapidement en utilisant un
catalyseur.
- l'excès d'un des réactifs : si on compare les courbes (e) et (d), on voit
sur la courbe (e) que l'état final d'équilibre est atteint plus vite et la
quantité finale d'ester formée est plus importante. L'excès d'un réactif
favorise la formation de l'ester.

2.5. Si on veut augmenter le rendement il faut mettre un réactif en excès,
si on veut atteindre plus vite l'état final d'équilibre ( = diminuer la
durée de réaction) il faut chauffer (vers 50°C) et enfin il faut utiliser
un catalyseur.

3. Identification des esters.
3.1. Molécule d'éthanoate de méthyle :


3.2. Le méthanoate d'éthyle et l'éthanoate de méthyle possèdent le même
groupe caractéristique ester ce qui provoquera la même bande d'absorption
en spectroscopie IR, on ne pourra donc pas différencier ces deux molécules.

3.3. La molécule d'éthanoate de méthyle présente deux groupes d'atomes
d'hydrogène équivalents, donc son spectre présente deux signaux alors que
la molécule de méthanoate d'éthyle présente trois groupes d'atomes
d'hydrogène équivalents, soit trois signaux.
Le spectre de RMN 1 correspond au méthanoate d'éthyle et le spectre de RMN
2 à l'éthanoate de méthyle.

éthanoate de méthyle méthanoate d'éthyle

-----------------------
O

OH

OH







O

O







CH3

C

O

O

CH3

CH3

C

O

O

CH3

CH3

HC

O

O

CH2